一、教育实验设计的基本要素
在实验设计时需要考虑变量、前后测和实验样本组三个基本要素。
（一）变量
教育实验设计中包括实验变量、反应变量和无关变量三类变量。
1.实验变量
实验变量，即自变量，它是由实验者设计安排的、人为操纵控制的、有计划地变化的实验情境或条件因素。教学环境、教学手段、教学方法、教学组织形式、教材内容、师生关系、管理制度等，都能作为一项实验的自变量。
2.反应变量
反应变量，即因变量，它是随着自变量的变化而变化的，是实验者需观察、测量、计算的变化因素。
3.无关变量
无关变量，即干扰变量，它是除实验者操纵控制而有计划地变化的实验变量之外，另外一些影响反应变量变化的其他干扰因素。它使实验者无法对所得的结果做出正确的判断和解释。
实验的基本操作就是研究实验变量对实验对象施加作用之后，实验对象产生怎样的反应变化，从而了解实验因素的作用，通常实验过程使用如下符号表示。
O——实验对象
X——实验变量
Y——反应变量的测量结果
XO——实验因素X对实验对象施加作用
C——整个实验结果
（二）前后测
前后测指事前测验与事后测验。在实验因素未对实验对象施加作用之前，事先对因变量进行的测量，即事前测验，其结果通常用YO表示。在实验因素对实验对象施加作用之后所进行测量，即事后测验，其结果用Y表示。
（三）实验样本组
实验样本组指实验组与控制组。利用随机取样或测量配对选择而形成的两个条件相等的样本组，其中一组接受实验因素的作用，即实验组，用O实表示。另外一组将不接受实验因素的作用，只作为比较标准，即控制组，用O控表示。
二、教育实验设计的基本模式
根据实验的目的、要求不同，教育实验最常用的模式有单组实验模式、等组实验模式和轮组实验模式三种。
（一）单组实验
单组实验，是指同一实验因素X，只对同一组（或一个）实验对象O施加作用，然后测定对象所产生的变化，以确定实验因素的效果如何。单组实验通常采用前测与后测比较的方法来研究实验因素的效果。在未进行实验处理之前，先进行一次测量（称为前测），其结果为YO，在进行实验处理（XO）之后，再进行一次测量（称为后测），其结果为Y，则整个实验结果C＝Y-YO，其操作过程如表7-1表示。
表7-1 单组实验操作过程
（二）等组实验
以两个或两个以上条件相同的实验组（等组）为实验对象（O1和O2，O1＝O2），使之分别接受不同的实验因素的作用（X1和X2），然后将各个实验因素所产生的效果加以测量和比较。等组实验最重要的条件是各组必须尽量相等，即要符合O1＝O2的条件。相等的含义是指除实验因素外，所有能影响实验的其他因素，实验对象的原有水平必须基本相同或相等。实验操作过程如表7-2表示。
表7-2 等组实验操作过程
（三）轮组实验
有时候因受到许多条件的限制，无法对实验对象进行随机抽样处理，也无法进行测量选择分组。在这种情况下，则可以采用轮组实验法，即把各个实验因素轮换作用于各个实验组，而各实验组条件并不均等；然后，根据各个实验因素作用所引起的变化总和来决定实验结果，其操作过程如表7-3所示。
表7-3 轮组实验操作过程
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